JP4447670B2

JP4447670B2 - Color wheel and image generation apparatus having the color wheel

Info

Publication number: JP4447670B2
Application number: JP11252697A
Authority: JP
Inventors: エドリンガーヨハネス; クスターマンフレート; マーリンコスマス; ヴィトマンイルゼ; ヴィーラーペーター
Original assignee: バルツァースアクチエンゲゼルシャフト
Priority date: 1996-04-30
Filing date: 1997-04-30
Publication date: 2010-04-07
Anticipated expiration: 2017-04-30
Also published as: CH694477A5; JPH1048542A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディスク状の支持体を備えたカラーホイールであって、支持体が、回転軸線である中心軸線を中心にして回転可能であり、支持体の外周部分には偏平なフィルタセグメントが取り付けられており、該フィルタセグメントが中心軸線を中心に放射状に配置されていて、半径方向において支持体の外周部分に円環状の領域を形成しており、該円環状の領域が、中心軸線に対して同心的に配置されており、光透過性を有している形式のものに関する。
【０００２】
さらに本発明は、光源と、上記形式の、モータにより駆動されるカラーホイールとを有する画像発生装置に関する。
【０００３】
【従来の技術】
冒頭で述べた形式の装置は、例えば新規の画像発生装置またはディスプレイ装置のような光学系において、次々に周期的なカラー変化を発生させなければならないような場所に使用される。このような周期的なカラー変化を生ぜしめるために、次々にカラーフィルタが光学的な光路内に旋回させられる。このためにいわゆるカラーホイール(Farbrad)が使用される。このカラーホイールはディスク状に形成されており、その外周部分に円形に配置されたフィルタセグメントを有している。これらのフィルタセグメントは１つのリングを形成していて、ホイールの中心軸線を中心にして回転させられる。カラーホイールの回転によって、フィルタセグメントは交互に光路内に旋回させられる。これにより所望の周期的なカラー変化が生ぜしめられる（ジエードゥアルトラインファウンデイション／テキサスインストゥルメンツ社、デジタルマイクロミラーディバイス（The Eduard Rhein Foundation/Texas Instruments Inc., Digital Micromirror Device DMD)）。画像発生装置の画質に対して高い要求が課せられることにより、カラーの変化は極めて迅速に行われなければならない。すなわち、フィルタセグメントは高速で光ビームを通って運動させられなければならない。この場合、カラーホイール、特に高感度のフィルタセグメントのために、求心加速度に基づく大きな力作用が発生する。この求心加速度は、重力の加速度ｇよりも数百倍大きいことがあり、特に良好な画質においては１０００ｇを超えるまでの値であることもある。さらに、装置の相応に高い実働時間を得るために、この装置は同心回転の極めて高い要求を満たさなければならない。さらにこのような画像発生装置には、高出力な光源を前提とする、明るさの極めて高い要求も課せられる。このような高出力の光源により、装置は相応に、１００℃までの高い温度負荷に晒される。フィルタセグメントの保持力およびカラー安定性には、前述の理由から極めて高い要求が課せられる。さらにいわゆるローコストのディスプレイにおけるカラーホイールの使用は、高い品質要求時にカラーホイールを極めて経済的に製造できる場合にしか、幅広く使用することはできない。
【０００４】
画像発生装置における使用のための、円形に配置されたフィルタセグメントを備えたカラーホイールは欧州特許出願公開第６１５１５６号明細書に記載されている。このような装置においては、フィルタセグメントはガラスリングに固定されている。このような装置の欠点はガラスリングが高価であることである。さらに、同心回転が高く要求される場合にこの要求を実現するのに極めて手間がかかる。さらに、ガラスリングにより付加的な光損失が生じる。このことは、装置全体の経済性を低下させてしまう。さらに、各セグメントの間にスポークのような固定エレメントを有するカラーホイール装置が公知である。これらのスポークはカラーフィルタリングの光透過値全体をやはり低下させ、経済性を限定する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、従来技術の欠点を取り除いた装置を提供することである。特に、カラーホイールは長い運転時間にわたって、高い光学特性および機械特性を再生可能に有することができ、しかも経済的に製造可能であることが望ましい。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明の構成では、円環状の光透過性の領域が、保持ウェブのような支持体エレメントによっては中断されないように形成されており、フィルタセグメントが、中心軸線に向かう側でストリップ状の接着ゾーン内で支持体に面状に接着されており、フィルタセグメントが付加的な保持エレメントのための貫通部を必要としないようにした。
【０００７】
【発明の効果】
偏平なフィルタセグメントは、ディスク形の支持体の外周部分に接着によって固定されて、回転方向で各フィルタセグメントの間には、環状の光透過性の領域が光学的に非透過性の材料によっては中断されていない。フィルタセグメントは、中心軸線に向かう側でストリップ状のゾーンにおいて支持体に面状に接着されている。この面状の接着は、回転中心に向かう側で細長い環状のゾーンから成る領域においてのみ行われるので、フィルタセグメント面の大部分が、中心軸線から半径方向に見て外側に向かって光透過性の環状の有効ゾーンとして残される。例えば孔のような貫通部をフィルタセグメントにおいて必要とするような付加的な保持エレメントは完全に回避することができる。つまりフィルタセグメントに孔を設けると、エッジ領域に応力ゾーンが生ぜしめられる。このような応力ゾーンは機械的な力が高く要求される場合に破断の問題を招くおそれがあり、ひいては許容することができない。
【０００８】
ディスク状の支持体は真ん中に、駆動軸を固定するための手段、例えば孔を有している。この駆動軸はモータにより駆動され、数１０００回転／分までの高い回転数でカラーホイールを回転させる。画像発生装置において、良好な画質を得るためには、３００ｇを超える遠心加速度が発生するような高い回転速度が必要である。しかしながら極めて高い画質においては８００ｇ〜２０００ｇの範囲内の遠心加速度が必要となる。このことにより、相応の接着ゾーンを備えたカラーホイールの寸法設定は特に念入りに行われなければならない。騒音が僅かにしか発生せず、しかも高い耐用寿命が得られるとともに良好な同心回転(Gleichlauf)を達成するためには、カラーホイールは極めて正確にバランシング可能でなければならない。好適な使用時には、４００００時間を超える運転時間ＭＴＢＦが得られるようににするのが有利である。このために必要なバランシング品質は、ＩＳＯ（１９４０〜１９７３）の規格Ｇ６．３を満たしていなければならない。これらの値は、カラーホイールが組み立てられた状態で達成されなければならない。すなわち、カラーホイールの構造は、簡単なバランシングが組付終了状態において可能なように構成されていなければならない。本発明の構成により、完成されたカラーホイールにおいてバランシング過程の際に、ディスク状の支持体から材料を、有利には材料の少なくとも１つの切欠きの形で除去することが可能になる。この場合、このような切欠きは孔として形成されると有利である。このような切欠きもしくは孔は、支持体ディスクにおいて盲孔として形成されて、支持体を貫通しないようになっている。しかしながら、これらの切欠きはバランシング過程の前に既に設けられてもよい。バランシングのためには、これらの切欠きに次いで相応に充填材料が施される。この場合接着剤が特に適している。支持体ディスクのための材料としては、金属と同様にプラスチックが考えられる。しかしながら特に軽金属、例えばアルミニウムまたはアルミニウム合金が特に適している。カラーホイールのための駆動装置としては電動モータ、特に、ハードディスクのために使用されるような駆動モータが使用される。
【０００９】
カラーフィルタとしては、干渉層フィルタが使用される。このような干渉層フィルタは公知の形式で、ＴｉＯ_２／ＳｉＯ_２から成るような交互の層から構成されている。これらの層は、要求されるフィルタ特性に応じて寸法設定されている。温度変化および空気湿度に対する光学的な高い安定性が要求されるので、厚い層が得られなければならない。このような層は、有利にはいわゆるスパッタリング成膜法により達成することができる。
【００１０】
カラーホイールのためには、通常の場合、少なくとも２つの異なるセグメントが必要とされる。しかしながら往々にして３色系が使用される。この３色系においては、カラーフィルタリングは、互いに前後に配置された、例えば赤色、緑色および青色のカラーから形成されたフィルタセグメントから成っている。画像発生装置の色感度のために特に好適なカラーホイールは、４つのフィルタセグメントを有する配置から成っている。この場合、互いに対向するセグメントは同一のカラー、例えば赤色を有しており、別の２つのセグメントは、異なるカラー、例えば青色および緑色を有している。フィルタセグメントのフィルタ特性は極めて温度および湿度に対して安定性を有していなければならない。１０℃〜１００℃の温度範囲内、および、相対空気湿度の０％〜９０％の湿度範囲内においては、フィルタ特性の安定性全体が有利には５ｎｍ未満のずれの範囲内になければならない。しかしながら画像発生装置における使用のためには、フィルタがこのように規定された範囲において１ｎｍ未満のずれしか有していないと特に有利である。このように良好なフィルタ品質は、特にマグネトロンスパッタリングのような前記カソードスパッタリング法により経済的に得ることができる。しかしながら特に経済的なスパッタリング法は、米国特許第５２９５４１７号明細書に開示されているようにイントラモード(Intramode)の概念に基づき公知であるような方法である。この明細書には、主要な構成部分が、例えば欧州特許第５６４７８９号明細書に基づき公知のマグネトロンによる反応性のチョッパスパッタリング法(Chopperzerstaeubungsverfahren)とともに開示されている。チョッパスパッタリング法においては、マグネトロンスパッタリング源がタイミング制御式に運動させられるか、または、マグネトロン放電の付加的なタイミング制御された電圧が、数１００Ｈｚ〜／数１００ｋＨｚの周波数範囲において重畳される。この場合、金属性のターゲットが反応ガスを添加されながらスパッタされるので、相応の誘電層が基板に析出される。タイミング制御もしくはチョッパリングの変わりに、中周波数のカップリングもしくは重畳も可能である。これにより、タイミング制御式の方法におけるように、マグネトロンスパッタリングによる誘電層の経済的な析出が可能である。
【００１１】
フィルタセグメントと支持体ディスクとを特に良好に接着するために、支持体ディスクの接着ゾーンに切欠きが設けられてよい。この切欠きは、接着面に対応するようになっており、相応に接着剤を同軸的な円ゾーンに収容することができる。このような切欠きの深さは最適な接着膜厚に相当することが望ましい。このような最適な接着膜厚は特に、適宜な接着剤にとって５０〜２００μｍ内にある。適宜の接着剤に対する高い要求のためにはエポキシ系接着剤、有利にはスリーエム社（３Ｍ）のタイプＤＰ４６０のエポキシ系接着剤が使用される。切欠きは、切欠きの内径および外径において隆起部もしくはスペーサが設けられるように形成することができる。これらのスペーサは、フィルタセグメントのための回転平面において正確な支持面を形成する。環状の切欠きを備えた支持面は、ディスク状の支持体表面に対して段付けされて、フィルタセグメントが横断面においてディスク横断面に対してほぼ同心的に配置されるようになっている。凹部の半径方向のショルダは、このショルダがフィルタセグメントの位置決めのための半径方向のストッパショルダとしても役立つように構成することができる。このような構成により、接着の前のフィルタセグメントの組み付けが著しく簡単になる。すなわち、各フィルタセグメントをただ同一高さに互いに突き合わせて軸方向および半径方向に支持体ディスクに当接させて位置決めし、次いで接着剤の硬化により固定するだけでよい。例えばポリマーのようなプラスチックから成る保持リングが、支持体凹部の領域でフィルタセグメントに圧着されると、このような組み付け工程がさらに容易になる。これによりフィルタセグメントは接着ゾーンに位置固定される。これにより、この装置全体は少ない部品点数で極めて簡単かつ正確に組み付けることができ、バランシング可能な本発明による構造により、前述のように、続いて正確にバランシングすることができる。このことにより、許容寸法誤差が一層大きな部品の製造が可能になる。このことは経済的な製造を助成する。
【００１２】
適宜なカラーフィルタを備えたカラーホイールの位置を連続的に監視可能にするために、カラーホイールには、有利にはポリアミドのようなプラスチックから成るマーキングもしくは時係数マーク(Zeitindexmarke)が取り付けられなければならない。このようなマーキングもしくはタイムインデックスマークは、支持体ディスクに、前述の保持リングに簡単に取り付けることができる。この保持リングは取付け補助手段としても役立つ。本発明によるカラーホイールは、回転するモータ駆動されたカラーホイールのフィルタセグメントを通り次いで画像発生機器に向けられるような光を有する光源を備えた画像発生装置に使用されると有利である。この画像発生機器は、制御式または切り換え式の光制御エレメントのマトリックスから成っている。これにより、画像の形成が投影光学系を介して画像スクリーンにおいて行われる。良好な画質を得るためには、このような光制御エレメントのために１０ｍｓｅｃ未満の切換時間が必要である。特に画像発生機器のためには、制御可能な多数の小さなミラーから成る装置、つまり反射に基づいた装置が適している。この場合有利には、「デジタル・ミラー・ディバイス(Digital Mirror Device)」の反射に基づいた画像発生機器が使用されると有利である。前述の画像発生機器の高い切換速度を利用した本発明によるカラーホイールにより、画像発生装置を経済的に製造することができる。この画像発生装置は、高い品質とともに高い光度を備えた大きなディスプレイ寸法を可能にする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次に本発明を図面に示した実施の形態について説明する。
【００１４】
図１には、所定の装置を備えた新規の形式のディスプレイの概略的な全体図が示されている。モータ２と支持体２４に設けられた位置報告器３とに結合されたカラーホイール１が設けられている。このカラーホイール１は、フィルタセグメント１２が固定された支持体１１を有している。符号５により光源が示されている。この光源からは、光軸６０を有する光ビーム６が射出する。光ビーム６はフィルタセグメント１２を貫通し、画像発生機器７に衝突する。この画像発生機器により生ぜしめられた画像は、投影光学系８によって画像スクリーン９に投射される。モータ２はカラーホイール１を回転軸線１０を中心にして回転させる。これによりフィルタセグメント１２は交互に光ビーム６内に変位される。フィルタセグメント１２の各位置は、位置報告器３を介して検出可能である。光ビーム６内に位置するフィルタセグメント１２ａ〜１２ｃのカラーに応じて、画像発生機器７においてこのカラーに対応する画像が生ぜしめられる。従ってカラーホイールの回転数は、画像繰り返し頻度に相当し、毎分数１０００回転である。このような回転により求心力がフィルタセグメントに働く。この求心力は地球引力の１０００倍より大きいことがある。
【００１５】
高い非退色性(Farbechtheit)を所望することにより、フィルタセグメント１２のフィルタ特性に対する要求は極めて複雑である。画像スクリーン９の大きさは極めて大きい。周囲が明るい場合に十分に大きなコントラストを達成するために、光源５には、相応に高い放熱が行われる高出力のランプが使用される。これにより最大１００℃の温度がこの装置の領域に生じるおそれがある。フィルタセグメント１２への温度負荷は、光源５の放射熱によりなおも高くなる。このような負荷や、極めて高い色安定性への要求に製品の全耐用寿命にわたって応じるために、フィルタセグメントはフィルタ層１７を有している。これらのフィルタ層は柱状の構造を有しない安定的な誘電層として構成されていると有利である。このような層は、長寿命かつ耐熱性を有しているだけではなく、極めて高い温度安定性をも有している。１０℃〜１００℃の範囲内におけるスペクトル曲線の望ましくないずれは１ｎｍ未満にすぎない。さらにこのような層は、基底部(Untergrund)において際立った付着力を有している。このような付着力は、層に接着剤を使用する場合に極めて重要である。
【００１６】
図２は本発明による装置の実施例を示している。この装置の部分断面図を図２（ａ）に、装置の平面図を図２（ｂ）に示している。支持体１１はモータ２に設けられたロータ２３において、保持装置２１によって軸状の結合部材２２を介してロータ２３に作用結合されている。フィルタセグメント１２は接着層１３によって支持体１１に、この支持体の表面に対して段付けされて固定されている。支持体縁部領域における段付け部は、フィルタセグメントを半径方向２５および軸方向２６に、支持体に正確に当接させて位置決めすることができるように形成されている。接着層１３の層厚はスペーサ１４によって規定されている。このスペーサ１４は例えば、接着個所の領域において支持体の表面に設けられた凹部であってよい。接着個所は保持リング１５によってカバーされている。この保持リング１５は同時に位置報告器３用の位置マーキング１６のための担体としても用いられる。カラーホイールの構造の許容誤差に帰因して、また、ロータ２３における支持体１１の固定状態に帰因して、装置においてアンバランスが生じる。このようなアンバランスはバランシング装置１８によって補償される。このバランシング装置１８は例えば有利には、支持体に設けられた孔のような凹部である。支持体１１がアルミニウムまたはアルミニウム合金から成っている場合、バランシングのために孔１８が支持体１１の外縁部領域に取り付けられるのが一般的である。このような孔は、最大３ｍｍの深さにおいて通常５〜１０ｍｍの直径を有している。画像発生装置において有利な、カラーホイールの全体の直径は、７５〜１３０ｍｍの範囲内である。この実施例においてはカラーホイールの全体の直径は１０８ｍｍであり、支持体の直径は８１ｍｍである。接着リングゾーンの幅は３〜１０ｍｍの範囲内にあると有利である。ロータ２３と支持体１１との結合部は装置のバランシングに対して極めて大きな影響を与えるので、支持体１１がロータ２３に組み付けられた装置のバランシングが行われる。アンバランスを限度内に抑えるために、支持体はロータ２３の構成部分として構成されている。これにより支持体１１とロータ２３もしくは結合部材２２が１つの部分から形成されていると、製造が特に経済的である。フィルタセグメント１２はこの場合、モータとは離反した側で支持体１１、ひいてはこれと一体的な結合部材２２とロータ２３とに組み付けられると有利である。
【００１７】
さほどクリティカルな要求が課せられない使用に際しては、フィルタセグメント１２は、保持リング１５とフィルタセグメント１２との間に締め込まれた弾性的な材料によって保持することができる。さらに、付加的な保護装置として、保護リング１９が、フィルタセグメント１２の外縁部に配置されていてよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】カラーホイールを備えた新規のディプレイを示す全体図である。
【図２】カラーホイールの１実施例を示す部分断面図（ａ）とカラーホイールの平面図（ｂ）である。
【符号の説明】
１カラーホイール、２モータ、３位置報告器、５光源、６光ビーム、７画像発生機器、８投影光学装置、９画像スクリーン、１０回転軸線、１１支持体、１２フィルタセグメント、１３接着層、１４スペーサ、１５保持リング、１６位置マーキング、１７フィルタ層、１８バランシング装置として形成された孔、１９保護リング、２１保持装置、２２結合部材、２３ロータ、２４支持体、２５半径方向、２６軸方向、６０光軸[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a color wheel having a disk-shaped support body, the support body being rotatable about a central axis that is a rotation axis , and a flat filter segment is attached to the outer peripheral portion of the support body The filter segments are arranged radially about the central axis, and form an annular region in the outer peripheral portion of the support in the radial direction, and the annular region is centered on the central axis. It is concentrically arranged with respect to the type having optical transparency.
[0002]
The invention further relates to an image generating device comprising a light source and a color wheel driven by a motor of the above type.
[0003]
[Prior art]
A device of the type mentioned at the outset is used in an optical system, such as a new image generator or display device, where successive periodic color changes must be generated. In order to cause such a periodic color change, the color filters are successively swung in the optical optical path. For this purpose, a so-called color wheel (Farbrad) is used. The color wheel is formed in a disk shape and has filter segments arranged in a circle on the outer peripheral portion thereof. These filter segments form a ring and are rotated about the central axis of the wheel. By rotating the color wheel, the filter segments are alternately swung into the optical path. This produces the desired periodic color change (The Eduard Rhein Foundation / Texas Instruments Inc., Digital Micromirror Device DMD). Due to the high demands placed on the image quality of the image generating device, the color change must be made very quickly. That is, the filter segment must be moved through the light beam at high speed. In this case, a large force action based on centripetal acceleration occurs due to the color wheel, especially the sensitive filter segments. This centripetal acceleration may be several hundred times greater than the acceleration g of gravity, and may be a value up to over 1000 g, particularly for good image quality. Furthermore, in order to obtain a correspondingly high working time of the device, this device must meet the very high requirements of concentric rotation. Furthermore, such an image generator is also required to have extremely high brightness on the premise of a high-output light source. With such a high power light source, the device is correspondingly exposed to high temperature loads up to 100 ° C. Very high demands are placed on the holding power and color stability of the filter segments for the reasons described above. Furthermore, the use of color wheels in so-called low-cost displays can only be widely used if the color wheels can be manufactured very economically at the time of high quality requirements.
[0004]
A color wheel with circularly arranged filter segments for use in an image generating device is described in EP-A-615156. In such a device, the filter segment is fixed to a glass ring. The disadvantage of such a device is that the glass ring is expensive. Furthermore, when the concentric rotation is required to be high, it is extremely troublesome to realize this requirement. In addition, the glass ring causes additional light loss. This reduces the economics of the entire device. Furthermore, color wheel devices are known that have a fixing element such as a spoke between each segment. These spokes also reduce the overall light transmission value of color filtering, limiting economics.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The object of the present invention is to provide an apparatus which eliminates the disadvantages of the prior art. In particular, it is desirable that the color wheel can reproducibly have high optical and mechanical properties over a long operating time and can be economically manufactured.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve this problem, in the configuration of the present invention, the annular light-transmitting region is formed so as not to be interrupted by a support element such as a holding web, and the filter segment is directed toward the central axis. Adhered to the support in a strip-like adhesive zone on the side, the filter segment did not require a penetration for an additional holding element .
[0007]
【The invention's effect】
The flat filter segments are fixed to the outer peripheral portion of the disk-shaped support by bonding, and an annular light-transmitting region is formed between the filter segments in the rotational direction depending on the optically non-transmissive material. Not interrupted. The filter segment is bonded in a planar manner to the support in a strip-like zone on the side towards the central axis . Since this planar bonding is performed only in the region consisting of an elongated annular zone on the side toward the center of rotation, the majority of the filter segment surface is transparent to the outside as viewed radially from the central axis. It remains as an annular effective zone. Additional retaining elements that require a penetration in the filter segment, for example a hole, can be completely avoided. That is, if the filter segment is perforated, a stress zone is created in the edge region. Such stress zones can lead to breakage problems when high mechanical forces are required and are therefore unacceptable.
[0008]
The disc-shaped support has in the middle a means for fixing the drive shaft, for example a hole. This drive shaft is driven by a motor and rotates the color wheel at a high rotational speed up to several thousand revolutions / minute. In order to obtain a good image quality in the image generator, a high rotation speed that generates a centrifugal acceleration exceeding 300 g is required. However, for extremely high image quality, centrifugal acceleration in the range of 800 g to 2000 g is required. Due to this, the dimensioning of the color wheel with the corresponding bonding zone must be particularly carefully sized. The color wheel must be able to be balanced very accurately in order to generate little noise, to achieve a high service life and to achieve good Gleichlauf. In preferred use, it is advantageous to obtain an operating time MTBF of over 40,000 hours. The balancing quality required for this must satisfy ISO (1940-1973) standard G6.3. These values must be achieved with the color wheel assembled. In other words, the structure of the color wheel must be configured so that simple balancing is possible in the assembled state. The arrangement according to the invention makes it possible to remove material from the disc-like support, preferably in the form of at least one notch of material, during the balancing process in the finished color wheel. In this case, such a notch is advantageously formed as a hole. Such a notch or hole is formed as a blind hole in the support disc so as not to penetrate the support. However, these notches may already be provided before the balancing process. For balancing, these notches are then filled accordingly. In this case, an adhesive is particularly suitable. The material for the support disk can be plastic as well as metal. However, light metals such as aluminum or aluminum alloys are particularly suitable. As the drive device for the color wheel, an electric motor, in particular a drive motor as used for a hard disk, is used.
[0009]
An interference layer filter is used as the color filter. Such interference layer filters are composed of alternating layers of TiO ₂ / SiO ₂ in a known manner. These layers are sized according to the required filter characteristics. Since high optical stability against temperature changes and air humidity is required, thick layers must be obtained. Such a layer can advantageously be achieved by the so-called sputtering deposition method.
[0010]
For a color wheel, usually at least two different segments are required. Often, however, a three-color system is used. In this three-color system, the color filtering consists of filter segments formed from, for example, red, green and blue colors arranged one after the other. A color wheel that is particularly suitable for the color sensitivity of the image generator consists of an arrangement with four filter segments. In this case, the opposing segments have the same color, for example red, and the other two segments have different colors, for example blue and green. The filter characteristics of the filter segment must be extremely stable with respect to temperature and humidity. Within the temperature range of 10 ° C. to 100 ° C. and within the humidity range of 0% to 90% of the relative air humidity, the overall stability of the filter characteristics should preferably be within a deviation of less than 5 nm. However, for use in an image generating device, it is particularly advantageous if the filter has a deviation of less than 1 nm in this defined range. Such a good filter quality can be obtained economically by the cathode sputtering method such as magnetron sputtering. However, a particularly economical sputtering method is one that is known based on the concept of Intramode as disclosed in US Pat. No. 5,295,417. In this specification, the main components are disclosed together with the known reactive chopper sputtering method by means of a magnetron, for example in accordance with EP 564789. In the chopper sputtering method, the magnetron sputtering source is moved in a timing-controlled manner, or an additional timing-controlled voltage of the magnetron discharge is superimposed in the frequency range of several hundred Hz to several hundred kHz. In this case, since the metallic target is sputtered while the reaction gas is added, a corresponding dielectric layer is deposited on the substrate. Instead of timing control or chopper coupling, medium frequency coupling or superposition is also possible. This allows economical deposition of the dielectric layer by magnetron sputtering, as in the timing controlled method.
[0011]
In order to bond the filter segment and the support disc particularly well, a notch may be provided in the adhesive zone of the support disc. This notch corresponds to the adhesive surface and can accommodate the adhesive accordingly in a coaxial circular zone. It is desirable that such a notch depth corresponds to an optimum adhesive film thickness. Such an optimum adhesive film thickness is in particular within 50 to 200 μm for suitable adhesives. Epoxy adhesives, preferably 3M (3M) type DP460 epoxy adhesives, are used for high demands on suitable adhesives. The notches can be formed such that ridges or spacers are provided at the inner and outer diameters of the notches. These spacers form a precise support surface in the plane of rotation for the filter segments. The support surface with the annular notch is stepped with respect to the disc-like support surface so that the filter segments are arranged substantially concentrically with respect to the disc cross section in the cross section. The radial shoulder of the recess can be configured such that it also serves as a radial stopper shoulder for the positioning of the filter segment. Such a configuration significantly simplifies assembly of the filter segments prior to bonding. That is, the filter segments need only be abutted against each other at the same height, positioned in contact with the support disk in the axial and radial directions, and then fixed by curing the adhesive. Such an assembly process is further facilitated when a retaining ring made of plastic, for example a polymer, is crimped to the filter segment in the region of the support recess. As a result, the position of the filter segment is fixed to the bonding zone. As a result, the entire apparatus can be assembled very simply and accurately with a small number of parts, and with the structure according to the present invention that can be balanced, it can subsequently be accurately balanced. As a result, it is possible to manufacture parts having a larger allowable dimensional error. This supports economic manufacturing.
[0012]
In order to be able to continuously monitor the position of the color wheel with the appropriate color filter, the color wheel should preferably be fitted with a marking or time factor mark (Zeitindexmarke) made of plastic such as polyamide. Don't be. Such markings or time index marks can be easily attached to the support disk on the aforementioned retaining ring. This retaining ring also serves as a mounting aid. The color wheel according to the invention is advantageously used in an image generating device with a light source having light that passes through the filter segment of the rotating motorized color wheel and then is directed to the image generating device. This image generating device consists of a matrix of controllable or switchable light control elements. As a result, the image is formed on the image screen via the projection optical system. In order to obtain good image quality, a switching time of less than 10 msec is required for such a light control element. Particularly suitable for image generating devices are devices consisting of a large number of controllable small mirrors, ie devices based on reflection. In this case, it is advantageous if an image generating device based on the reflection of a “Digital Mirror Device” is used. With the color wheel according to the present invention utilizing the high switching speed of the image generating device described above, the image generating device can be manufactured economically. This image generator allows for large display dimensions with high quality and high luminous intensity.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention shown in the drawings will be described.
[0014]
FIG. 1 shows a schematic overview of a new type of display with a given device. A color wheel 1 is provided which is coupled to the motor 2 and a position reporter 3 provided on the support 24. The color wheel 1 has a support 11 on which a filter segment 12 is fixed. Reference numeral 5 indicates a light source. A light beam 6 having an optical axis 60 is emitted from this light source. The light beam 6 passes through the filter segment 12 and strikes the image generating device 7. The image generated by the image generating device is projected onto the image screen 9 by the projection optical system 8. The motor 2 rotates the color wheel 1 about the rotation axis 10. As a result, the filter segments 12 are alternately displaced into the light beam 6. Each position of the filter segment 12 can be detected via the position reporter 3. Depending on the color of the filter segments 12a-12c located in the light beam 6, an image corresponding to this color is produced in the image generating device 7. Therefore, the rotation speed of the color wheel corresponds to the image repetition frequency and is several thousand rotations per minute. Such rotation causes centripetal force to act on the filter segment. This centripetal force may be greater than 1000 times the Earth's attractive force.
[0015]
By demanding high Farbechtheit, the requirements on the filter characteristics of the filter segment 12 are extremely complex. The size of the image screen 9 is extremely large. In order to achieve a sufficiently large contrast when the surroundings are bright, the light source 5 is a high-powered lamp that provides a correspondingly high heat dissipation. This can cause temperatures up to 100 ° C. in the region of the device. The temperature load on the filter segment 12 is still high due to the radiant heat of the light source 5. In order to meet such loads and the requirements for very high color stability over the entire useful life of the product, the filter segment has a filter layer 17. These filter layers are advantageously constructed as stable dielectric layers having no columnar structure. Such a layer has not only a long life and heat resistance, but also extremely high temperature stability. Any desirable spectral curve within the range of 10 ° C to 100 ° C is less than 1 nm. Furthermore, such a layer has an outstanding adhesion at the base (Untergrund). Such adhesion is extremely important when using an adhesive in the layer.
[0016]
FIG. 2 shows an embodiment of the device according to the invention. A partial cross-sectional view of this device is shown in FIG. 2 (a), and a plan view of the device is shown in FIG. 2 (b). The support 11 is operatively coupled to the rotor 23 via the shaft-shaped coupling member 22 by the holding device 21 in the rotor 23 provided in the motor 2. The filter segment 12 is stepped and fixed to the support 11 by an adhesive layer 13 with respect to the surface of the support. The stepped portion in the support edge region is formed so that the filter segment can be positioned in the radial direction 25 and the axial direction 26 with accurate contact with the support. The thickness of the adhesive layer 13 is defined by the spacer 14. The spacer 14 may be, for example, a recess provided on the surface of the support in the region of the bonding portion. The bonding point is covered by a retaining ring 15. This retaining ring 15 is also used as a carrier for the position marking 16 for the position reporter 3 at the same time. Due to the tolerance of the structure of the color wheel and due to the fixed state of the support 11 in the rotor 23, an imbalance occurs in the device. Such imbalance is compensated by the balancing device 18. This balancing device 18 is for example advantageously a recess, such as a hole, provided in the support. When the support 11 is made of aluminum or an aluminum alloy, the holes 18 are generally attached to the outer edge region of the support 11 for balancing. Such holes usually have a diameter of 5 to 10 mm at a depth of up to 3 mm. The overall diameter of the color wheel, which is advantageous in the image generating device, is in the range of 75 to 130 mm. In this embodiment, the overall diameter of the color wheel is 108 mm and the diameter of the support is 81 mm. The width of the adhesive ring zone is advantageously in the range of 3-10 mm. Since the coupling portion between the rotor 23 and the support 11 has an extremely large influence on the balancing of the apparatus, the apparatus in which the support 11 is assembled to the rotor 23 is balanced. In order to keep the imbalance within limits, the support is configured as a component of the rotor 23. If the support 11 and the rotor 23 or the coupling member 22 are thus formed from one part, the production is particularly economical. In this case, the filter segment 12 is advantageously assembled to the support 11 on the side away from the motor and thus to the coupling member 22 and the rotor 23 integral therewith.
[0017]
In use where less critical requirements are imposed, the filter segment 12 can be held by an elastic material clamped between the retaining ring 15 and the filter segment 12. Furthermore, as an additional protective device, a protective ring 19 may be arranged at the outer edge of the filter segment 12.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall view showing a new display equipped with a color wheel.
FIG. 2 is a partial cross-sectional view (a) showing an embodiment of a color wheel and a plan view (b) of the color wheel.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Color wheel, 2 Motor, 3 Position reporter, 5 Light source, 6 Light beam, 7 Image generator, 8 Projection optical apparatus, 9 Image screen, 10 Rotating axis, 11 Support body, 12 Filter segment, 13 Adhesive layer, 14 Spacer, 15 retaining ring, 16 position marking, 17 filter layer, 18 hole formed as balancing device, 19 guard ring, 21 retaining device, 22 coupling member, 23 rotor, 24 support, 25 radial direction, 26 axial direction, 60 optical axes

Claims

A color wheel (1) for influencing a light beam incident on an image generating device that forms an image projected on an image screen by a projection optical system, comprising a disk-shaped support (11), The support is rotatable about a central axis (10), and a flat filter segment (12) is attached to the outer peripheral portion of the support, and the filter segment (12) is connected to the central axis (10). ) centered be disposed radially, the filter segment (12) is bonded to the planar to the support in a strip-like adhesive zones (13) (11) on the side toward the center axis, In the type in which the filter segment (12) does not require a penetration for an additional holding element ,
The adhesive zone is formed in the outer peripheral portion of the support as a flat notch for accommodating the adhesive, and the depth of the notch corresponds to the adhesive film thickness. Formed so that ridges or spacers are provided at the inner and outer diameters, these spacers form a precise support surface in the plane of rotation for the filter segment, and this adhesion is a function of the filter segment surface. Most of the filter segments are left as a light-transmitting annular effective zone radially outward from the central axis, and the filter segment has an annular region on the outer periphery of the support. The annular region is concentrically arranged with respect to the central axis, is light transmissive and is interrupted by a support element such as a retaining web It is oddly formed,
The color wheel (1) is balanced rotationally,
A color wheel, characterized in that the adhesive joint of the color wheel (1) and the filter segment (12) is adapted to allow a centrifugal acceleration greater than 300 g.

2. Color wheel according to claim 1, wherein the adhesive joint of the color wheel (1) and the filter segment (12) is adapted to allow a centrifugal acceleration of 800g to 2000g.

A support material removal portion (18) for balancing is formed eccentrically on the support (11), and this support material removal portion is formed as at least one notch (18). The material removal part does not penetrate the disk-like supporter (11) at any place, the notch (18) is formed as a hole, and the notch is filled with a balance material. 2. The color wheel according to 2.

An adhesive zone (13) is coaxially arranged with respect to the central axis (10) on the outer peripheral portion of the support (11), and is arranged in an annular shape so that the adhesive zone (13) accommodates the adhesive. The color wheel according to any one of claims 1 to 3, wherein the color wheel is formed as a flat cutout, and a depth (14) of the cutout corresponds to an adhesive film thickness.

The color wheel according to claim 4, wherein the adhesive is an epoxy adhesive.

6. The adhesive zone according to claim 1, wherein the adhesive zone is submerged in the support (11) and is formed as a radial and axial stop for positioning the filter segment (12). Color wheel.

The color wheel according to any one of claims 1 to 6, wherein a retaining ring (15) is arranged as an assembly auxiliary means on the side of the filter segment away from the adhesive layer.

8. Color wheel according to claim 7, wherein the retaining ring (15) supports the time factor mark (16).

8. Color wheel according to claim 7, wherein the retaining ring (15) is made of plastic.

10. A color wheel according to claim 1, wherein at least two filter segments (12) are provided.

11. At least four filter segments are provided, wherein each two segments have the same collar and are offset with respect to the other segments by an adhesive ring zone. Color wheel.

The color filter segment (12) is made of a glass plate, the glass plate is covered with an interference filter, and the filter characteristics of the interference filter are temperature stable within a range of 10 ° C to 100 ° C. 12. Any one of claims 1 to 11, having humidity stability within a range of 0% to 90% of relative air humidity, and the overall stability of the filter characteristics must be within a deviation of less than 5 nm. A color wheel according to claim 1.

13. A color wheel according to claim 1, wherein the support (11) has means (21) for fixing to the drive shaft (22) in the middle.

14. Color wheel according to claim 13, wherein the support (11) is manufactured integrally with the drive shaft (22).

14. Color wheel according to claim 13, wherein the support (11) is manufactured integrally with the drive motor (23).

In an image generating device comprising a light source (5) and a color wheel (1) driven by a motor according to any one of claims 1 to 15,
An image generating device (7) and a projection optical system (8) are provided, and the image generating device (7) consists of a matrix of switchable light control elements with a switching time smaller than 10 msec. An image generator characterized by the above.

The image generating device according to claim 16, wherein the image generating device (7) is formed on the basis of reflection.